Java中的Functor | Baeldung中文网

1. 概述

本教程将演示如何在Java中创建Functor。首先，我们简要说明"Functor"这个术语的本质，然后通过代码示例展示它在Java中的实际应用。

2. 什么是Functor？

"Functor"一词源于数学范畴论。在计算机编程中，Functor可以看作一个工具类，允许我们对特定上下文中的值进行映射操作。它本质上表示两个范畴之间的结构保持映射。

Functor必须遵守两条定律：

同一律：当使用恒等函数（返回与输入相同值的函数）映射Functor时，必须得到初始Functor（容器及其内容保持不变）
组合律/结合律：当Functor映射两个函数的组合时，结果应等同于依次映射这两个函数

3. 函数式编程中的Functor

Functor是函数式编程中的一种设计模式，其灵感来源于范畴论的定义。它允许泛型类型在不改变自身结构的情况下，对其内部值应用函数。在Scala等编程语言中，Functor有着广泛的应用场景。

4. Java中的Functor

Java及大多数现代编程语言没有内置的Functor等价物。但从Java 8开始，语言引入了函数式编程特性，不过函数式编程在Java中仍相对新颖。

我们可以使用java.util.function包中的Function接口实现Functor。以下是一个Java Functor类的示例，它接受Function对象并将其应用于值：

public class Functor<T> {
    private final T value;
    public Functor(T value) {
        this.value = value;
    }
    public <R> Functor<R> map(Function<T, R> mapper) {
        return new Functor<>(mapper.apply(value));
    }
    // getter
}

如你所见，map()方法负责执行操作。我们为类定义了final类型的value属性，函数将应用于该属性。此外，我们还需要一个比较值的方法。让我们将此方法添加到Functor类：

public class Functor<T> {
    // Definitions
    boolean eq(T other) {
        return value.equals(other);
    }
    // Getter
}

这个Functor类是泛型的，接受类型参数T指定存储值的类型。map方法接受一个Function对象，该对象将T类型值转换为R类型值，然后通过应用函数创建新的Functor对象并返回。

以下是使用该Functor类的示例：

@Test
public void whenProvideAValue_ShouldMapTheValue() {
    Functor<Integer> functor = new Functor<>(5);
    Function<Integer, Integer> addThree = (num) -> num + 3;
    Functor<Integer> mappedFunctor = functor.map(addThree);
    assertEquals(8, mappedFunctor.getValue());
}

5. 定律验证

现在需要验证我们的实现。首先验证同一律：

@Test
public void whenApplyAnIdentityToAFunctor_thenResultIsEqualsToInitialValue() {
    String value = "baeldung";
    //Identity
    Functor<String> identity = new Functor<>(value).map(Function.identity());
    assertTrue(identity.eq(value));
}

此示例使用Function类的identity方法。结果Functor返回的值不受影响，与输入参数相同，这证明我们遵守了同一律。

接下来验证组合律。先定义两个函数：

f：将类型T映射到R
g：将类型R映射到U

然后实现组合律测试：

@Test
public void whenApplyAFunctionToOtherFunction_thenResultIsEqualsBetweenBoth() {
    int value = 100;
    Function<Integer, String> f = Object::toString;
    Function<String, Long> g = Long::valueOf;
    Functor<Long> left = new Functor<>(value).map(f).map(g);
    Functor<Long> right = new Functor<>(value).map(f.andThen(g));
    assertTrue(left.eq(100L));
    assertTrue(right.eq(100L));
}

我们定义了函数f和g，然后通过两种不同的映射策略创建left和right两个Functor。最终两个Functor产生相同输出，证明我们成功实现了组合律。

6. Java 8之前的Functor

前面的示例使用了Java 8引入的java.util.function.Function接口。如果使用更早的Java版本，我们可以创建自定义函数接口来表示单参数函数。

另一种方案是利用Enum实现Functor。虽然这不是最优解，但它遵守Functor定律且能完成任务。定义EnumFunctor类：

public enum EnumFunctor {
    PLUS {
        public int apply(int a, int b) {
            return a + b;
        }
    }, MINUS {
        public int apply(int a, int b) {
            return a - b;
        }
    }, MULTIPLY {
        public int apply(int a, int b) {
            return a * b;
        }
    }, DIVIDE {
        public int apply(int a, int b) {
            return a / b;
        }
    };
    public abstract int apply(int a, int b);
}

每个枚举常量实现apply方法，接收两个整数参数并执行相应运算。abstract关键字表明该方法必须在每个常量中实现。测试代码：

@Test
public void whenApplyOperationsToEnumFunctors_thenGetTheProperResult() {
    assertEquals(15, EnumFunctor.PLUS.apply(10, 5));
    assertEquals(5, EnumFunctor.MINUS.apply(10, 5));
    assertEquals(50, EnumFunctor.MULTIPLY.apply(10, 5));
    assertEquals(2, EnumFunctor.DIVIDE.apply(10, 5));
}

7. 总结

本文首先介绍了Functor的概念及其定律，然后通过Java 8代码示例展示了Functor的实现与应用，并通过示例验证了Functor定律。最后简要说明了在Java 8之前版本中使用Enum实现Functor的方法。

完整代码可在GitHub仓库获取。

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